Vaata juure!
Kozma Prutkov
Millised keemilised elemendid moodustavad elusraku? Millist rolli mängivad suhkrud ja lipiidid? Kuidas on valgud üles ehitatud ja kuidas nende molekulid teatud ruumilise kuju omandavad? Mis on ensüümid ja kuidas nad oma substraate ära tunnevad? Milline on RNA ja DNA molekulide struktuur? Millised DNA molekuli omadused võimaldavad tal täita geneetilise informatsiooni kandja rolli?
Tund-loeng
ELUSASJADE ELEMENTAARILINE JA MOLEKULAARILINE KOOSTIS. Alustame elussüsteemidega tutvumist molekulaargeneetiliselt tasandilt. See on molekulide tase, mis moodustavad elusorganismide rakkude struktuurse ja funktsionaalse aluse.
Retroviirus. Viirused näitavad hämmastavaid geomeetrilisi kujundeid!
Pidagem meeles, et kõigist teadaolevatest elementidest, mis sisalduvad Perioodiline tabel D.I. Mendelejev leiti elusast kambrist, nende hulgas pole ühtegi, mis eluta looduses puuduks. See on üks tõendeid elava ja eluta looduse ühisusest.
Rohkem kui 90% raku massist koosneb süsinikust, vesinikust, lämmastikust ja hapnikust. Väävlit, fosforit, kaaliumi, naatriumi, kaltsiumi, magneesiumi, rauda ja kloori leidub rakus palju väiksemates kogustes. Kõik muud elemendid (tsink, vask, jood, fluor, koobalt, mangaan jne) moodustavad kokku mitte rohkem kui 0,02% raku massist. Seetõttu nimetatakse neid mikroelementideks. Mikroelemendid on osa hormoonidest, ensüümidest ja vitamiinidest ehk kõrge bioloogilise aktiivsusega ühenditest.
Näiteks hormoonide tootmiseks vajaliku joodi puudus organismis kilpnääre- türoksiini, viib selle hormooni tootmise vähenemiseni ja selle tagajärjel tõsiste haiguste, sealhulgas kretinismi tekkeni.
Suurem osa raku sisust on vesi. Paljud ained sisenevad rakku või lahkuvad sealt vesilahustena, enamik rakusiseseid reaktsioone toimub ka vesikeskkonnas. Veelgi enam, vesi osaleb otseselt paljudes keemilised reaktsioonid, loovutades saadud ühenditele H + või OH - ioone. Tänu suurele soojusmahtuvusele stabiliseerib vesi temperatuuri raku sees, muutes selle vähem sõltuvaks rakku ümbritseva keskkonna temperatuurikõikumistest.
Lisaks veele, mis moodustab 70% raku mahust, sisaldab see ka orgaanilisi aineid – süsinikuühendeid. Nende hulgas on väikseid kuni 30 süsinikuaatomit sisaldavaid molekule ja makromolekule. Esimesed hõlmavad lihtsaid suhkruid (monosahhariide), lipiide, aminohappeid ja nukleotiide. Need toimivad struktuurikomponentidena makromolekulide ehitamisel ning lisaks mängivad nad olulist rolli elusraku ainevahetusprotsessides ja energias.
Ja veel, molekulaarsel tasemel elu aluseks on valgud ja nukleiinhapped, mida me käsitleme üksikasjalikumalt.
AMINOHAPEED JA VALGUD. Oravatel on eluslooduses eriline roll. Need toimivad raku ehitusmaterjalina ja peaaegu ükski rakkudes esinev protsess ei saa toimuda ilma nende osaluseta.
Valgu molekul on aminohapete ahel ja sellise ahela lülide arv võib ulatuda kümnetest kuni mitme tuhandeni. Kõrvuti asetsevad aminohapped on omavahel seotud spetsiaalse keemilise sidemega, mida nimetatakse peptiid. See side tekib valgusünteesi käigus, kui ühe aminohappe karboksüülrühm seostub teise aminohappe kõrvalasuva aminorühmaga (joonis 32).
Riis. 32. Peptiidside
Valkude ehituses osalevad kõik 20 tüüpi aminohappeid. Kuid nende vaheldumise järjekord valguahelas on väga erinev, mis loob võimaluse tohutul hulgal kombinatsioone ja sellest tulenevalt ka arvukate valgumolekulide tüüpide konstrueerimist. Tuleb märkida, et ainult taimed on võimelised sünteesima kõiki 20 valkude ehitamiseks vajalikku aminohapet. Loomad saavad taimi süües mitmeid aminohappeid, mida nimetatakse asendamateks.
Aminohapete järjestust valgusmolekulis tähistatakse kui esmane struktuur orav (joon. 33). Samuti on olemas sekundaarne struktuur valk, mida mõistetakse aminohappeahela üksikute fragmentide ruumilise paigutuse olemusena. Sekundaarses struktuuris on valgu molekuli lõigud heeliksite või volditud kihtidena. Nende moodustamisel on oluline roll hapniku ja erinevate aminohapete peptiidsidemete (-N-H...0=C-) vesiniku vahel tekkivatel vesiniksidemetel.
Riis. 33. Valkude struktuur
Under tertsiaarne struktuur valk viitab kogu aminohappeahela ruumilisele paigutusele.
Tertsiaarne struktuur mõjutab otseselt valgu molekuli kuju, mis võib olla niidilaadne või ümmargune. Viimasel juhul on molekul volditud nii, et selle hüdrofoobsed piirkonnad on sees ja selle polaarsed hüdrofiilsed rühmad on pinnal. Saadud ruumistruktuuri nimetatakse kerake.
Lõpuks võivad mõned valgud sisaldada mitut gloobulit, millest igaüks on moodustatud sõltumatust aminohapete ahelast. Mitme gloobuli ühendamine üheks kompleksiks on tähistatud terminiga kvaternaarne struktuur orav. Näiteks hemoglobiini valgu molekul koosneb neljast gloobulist, mis sisaldavad mittevalgulist osa – heemi.
Valgu molekul on võimeline iseorganiseeruma keerukaks ruumiliseks struktuuriks, mille konfiguratsioon on spetsiifiline ja määratud aminohapete järjestusega, st valgu primaarse struktuuriga.
Iseorganiseerumine on üks ainulaadsed omadused valgud, mis on paljude nende funktsioonide aluseks. Eelkõige põhineb ensüümide (bioloogiliste katalüsaatorite) äratundmismehhanism valgu molekuli ruumilise struktuuri spetsiifilisusel. substraat st molekul, mis pärast interaktsiooni ensüümiga läbib teatud keemilised muutused ja muutub toode.
Ensüümid on valgud, mille molekuli teatud osa moodustab aktiivse tsentri. See seob teatud ensüümile spetsiifilise substraadi ja muudab selle tooteks. Sel juhul suudab ensüüm eristada oma substraati igale ensüümile omase aktiivse keskuse erilise ruumilise konfiguratsiooni tõttu. Võite ette kujutada, et substraat sobib ensüümiga nagu luku võti.
Olete veendunud, et kõik valgu omadused põhinevad selle esmasel struktuuril – molekulis sisalduvate aminohapete järjestusel. Seda saab võrrelda sõnaga, mis on kirjutatud 20 aminohappetähest koosneva tähestikuga. Ja kui on sõnu, siis võib olla ka šifr, millega neid sõnu saab kodeerida. Kuidas? Sellele küsimusele aitab vastata nukleiinhapete struktuuri tundmine.
NUKLEOTIIDID JA NULEIINHAPPED. Nukleotiidid koosnevad lämmastikku sisaldavast tsüklilisest ühendist (lämmastikalus), viie süsinikusisaldusega suhkrust ja fosforhappe jäägist. Nendest ehitatakse üles nukleiinhappe makromolekulid.
Molekulide koostis RNA(ribonukleiinhape) hõlmab nukleotiide, mis on ehitatud suhkru riboosile ja sisaldavad lämmastikualustena adeniini (A), guaniini (G), tsütosiini (C) ja uratsiili (U). Nukleotiidid, mis moodustavad molekuli DNA(desoksüribonukleiinhape), sisaldavad desoksüriboosi ja uratsiili asemel tümiini (T).
Nukleotiidide aheldamine üksteisega DNA (RNA) molekulis toimub ühe nukleotiidi fosforijäägi seose tõttu teise nukleotiidi desoksüriboosiga (riboosiga) (joonis 34).
Riis. 34. DNA molekuli ahela koostis ja struktuur
DNA molekulide koostise uuringute käigus leiti, et adeniini lämmastikaluste arv (A) on võrdne tümiini (T) arvuga ja guaniini (G) arv on võrdne. tsütosiini (C) arvule. See avastus oli eeltingimuseks J. Watsoni ja F. Cricki poolt 1953. aastal DNA molekuli mudeli – kuulsa topeltheeliksi – loomisele.
Selle mudeli järgi koosneb DNA molekul kahest ahelast, mis on volditud parempoolseks spiraaliks (joonis 35).
Riis. 35. DNA struktuurimudel
Iga ahel sisaldab nukleotiidide järjestust, mis vastab rangelt (komplementaarne) teise ahela järjestusele. See vastavus saavutatakse vesiniksidemete olemasoluga kahe üksteise poole suunatud ahela - A ja T või G ja C - lämmastikualuste vahel.
Side teiste lämmastikaluste paaride vahel on võimatu, kuna lämmastikaluste molekulide ruumiline struktuur on selline, et ainult A ja T, aga ka G ja C saavad üksteisele piisavalt lähedale jõuda, et moodustada omavahel vesiniksidemeid.
DNA kõige olulisem omadus on selle isepaljunemise võimalus - replikatsioon, mis viiakse läbi ensüümide rühma osalusel (joonis 36).
Riis. 36. DNA replikatsiooniskeem
Teatud piirkondades, sealhulgas kaheahelalise spiraalse DNA molekuli ühes otsas, katkevad ahelatevahelised vesiniksidemed. Nad eralduvad ja lõõgastuvad.
See protsess võtab järk-järgult üle kogu molekuli. Kui emamolekuli ahelad lahknevad, ehitatakse neile, nagu maatriksile, keskkonnas saadaolevatest nukleotiididest tütarahelad. Uue ahela kokkupanek toimub rangelt kooskõlas komplementaarsuse põhimõttega: iga A vastu on T, G vastu - C jne. Selle tulemusena saadakse kaks uut DNA molekuli, millest igaühel on üks ahel alles algne DNA molekul ja teine on uus molekul. Sel juhul on replikatsiooni käigus tekkinud kaks DNA molekuli algse molekuliga identsed.
DNA molekuli võime isekopeerida on elusorganismide päriliku teabe edastamise aluseks. DNA molekulis sisalduvate nukleotiidsete aluste järjestus toimib koodina, mis kodeerib teavet keha toimimiseks vajalike valkude kohta.
Erinevalt DNA-st koosneb RNA molekul ühest polünukleotiidahelast. Rakus toimivad mitut tüüpi RNA-d erinevaid funktsioone. DNA ahela lõigu RNA koopiat nimetatakse informatsiooniks või sõnumitooja RNA(mRNA) ja mängib vahendaja rolli geneetilise informatsiooni ülekandmisel DNA-st rakustruktuuridesse, mis sünteesivad valke – ribosoome. Lisaks sisaldab rakk ribosomaalne RNA(rRNA), mis koos valkudega moodustavad ribosoome, RNA-de ülekandmine(tRNA), mis transpordib aminohappeid valgusünteesi asukohta ja mõned teised.
DNA molekul koosneb kahest komplementaarsest spiraaliks keerdunud nukleotiidide ahelast, mida hoiavad koos vesiniksidemed. moodustades A-T Ja G-C paarid põhjustel. DNA ahela nukleotiidjärjestus toimib koodina, mis kodeerib geneetilist teavet. Selle teabe dešifreerimine toimub RNA molekulide osalusel. DNA võime isekopeerida (paljuneda) annab võimaluse edastada eluslooduses geneetilist informatsiooni.
- Miks nimetatakse valke elumolekulideks?
- Milline on valkude ruumiliste struktuuride roll raku eluprotsessides?
- Mis põhimõte on DNA replikatsiooniprotsesside aluseks?
Ameerika teadlastel õnnestus luua molekul, mis võiks olla elusraku tänapäevaste päriliku teabe molekulaarsete kandjate - nukleiinhapete - esivanem. Seda kutsuti TNK-ks, kuna see sisaldab nelja süsinikusisaldusega suhkru tetroosi. Eeldatakse, et evolutsiooni käigus pärinesid meile tuntud DNA ja RNA sellest.
Seni umbes neli miljardit aastat tagasi Maal toimunud sündmuste rekonstrueerimisega tegelenud teadlased ei suuda vastata ühele lihtsale ja samas väga olulisele küsimusele – kuidas tekkis desoksüribonukleiinhape ehk lihtsamalt öeldes DNA?
Lõppude lõpuks, ilma selle molekulita ei saaks esimesed elusrakud (või nende eelkäijad) salvestada teavet valkude struktuuri kohta, mis on vajalik isepaljunemiseks. See tähendab, et ilma DNAta ei saaks elu lihtsalt üle meie planeedi nii ruumis kui ka ajas levida.
Arvukad katsed on näidanud, et DNA ise ei saa kokku panna, olenemata sellest, millistes tingimustes asetate kõik selle "varuosad". Selle molekuli loomiseks on vajalik mitmekümne ensüümvalgu aktiivsus. Ja kui nii, siis tekib evolutsionistide mõttekäikudes kohe nõiaring, nagu kana ja muna ülimuslikkuse probleem: kust võiksid tulla ensüümid, kui DNA-d ennast pole? Lõppude lõpuks salvestatakse teave nende struktuuri kohta täpselt selles keerulises molekulis.
Tõsi, hiljuti on mõned molekulaarbioloogid pakkunud väljapääsu sellest ummikseisust: nad usuvad, et varem pärilikku teavet talletati "õe" DNA-sse, ribonukleiinhappesse või RNA-sse. No see molekul on teatud tingimustel võimeline isekopeeruma ja arvukad katsed kinnitavad seda (sellest saab lähemalt lugeda artiklist “Alguses oli... ribonukleiinhape”).
Näib, et lahendus leiti - esiteks kopeerisid ribosüümid (nn ensümaatilise aktiivsusega RNA molekulid) end ja muteerumise käigus “omandasid” teavet uute kasulike valkude kohta. Mõne aja pärast kogunes seda teavet nii palju, et RNA "mõistis" ühte lihtsat asja - nüüd ei pea ta enam tegema üsna keerulist isekopeerimise tööd. Ja peagi muutis järgmine mutatsioonide tsükkel RNA keerulisemaks, kuid samal ajal stabiilsemaks DNA-ks, mis enam sellist "lollu" ei teinud.
Kuid lõplikku vastust küsimusele, kuidas nukleiinhapped ilmusid, pole leitud. Sest endiselt jäi ebaselgeks, kuidas ilmus kõige esimene RNA, millel oli võime ennast kopeerida. Lõppude lõpuks, nagu katsed on näidanud, pole isegi see võimeline ise kokku panema - selle molekul on ka selleks väga keeruline.
Mõned molekulaarbioloogid väitsid aga, et võib-olla võis neil kaugetel aegadel olla mõni teine nukleiinhape, mis oli struktureeritud lihtsamalt kui DNA ja RNA. Ja just tema oli alguses see molekul, mis teavet talletas.
Sellist eeldust on aga üsna raske kontrollida, kuna praegu pole nende hapete rühmast muid teabe "hoidjaid", välja arvatud DNA ja RNA. Sellegipoolest kaasaegsed meetodid biokeemia võimaldab sellist ühendit uuesti luua ja seejärel katseliselt katsetada, kas see sobib "elu põhimolekuli" rolli või mitte.
Ja hiljuti väitsid Arizona ülikooli (USA) teadlased, et DNA ja RNA ühine esivanem võib olla TNA ehk tetrosonukleiinhape. See erineb oma järglastest selle poolest, et selle aine "suhkru-fosfaadi sild", mis hoiab koos lämmastikaluseid (või nukleotiide), ei sisalda pentoosi - viie süsinikuaatomiga suhkrut, vaid nelja süsiniku tetroosi. Ja seda tüüpi suhkur on palju lihtsam kui DNA ja RNA viiest süsinikust koosnevad tsüklid. Ja mis kõige tähtsam, neid saab ise kokku panna – kahest identsest kahesüsinikusest tükist.
Ameerika biokeemikud püüdsid luua mitmeid lühikesi tetroosi molekule ja avastasid selle käigus, et see ei nõua massiivse ja keeruka ensümaatilise aparatuuri kasutamist - teatud tingimustel koguti hape "varuosadest" küllastunud lahusesse, kasutades ainult kaks ensüümi.
See tähendab, et see võis tõesti ilmneda elu kujunemise alguses. Ja kuni esimesed elusorganismid suutsid omandada RNA ja DNA sünteesimiseks võimelise ensümaatilise aparaadi, oli TNC päriliku teabe hoidja.
Kuid kas see molekul võiks põhimõtteliselt mängida nii olulist rolli? Nüüd on seda võimatu otse testida, kuna puuduvad valgud, mis suudaksid TNC-delt teavet lugeda. Arizona molekulaarbioloogid otsustasid aga valida teistsuguse tee. Nad viisid läbi huvitava katse – proovisid DNA ja TNC ahelaid omavahel ühendada. Tulemuseks oli hübriidmolekul – DNA ahela keskel oli 70 nukleotiidi pikkune TNA fragment. Huvitav on see, et see molekul oli võimeline paljunema, st ise kopeerima. Ja see omadus on iga molekulaarse teabekandja jaoks kõige olulisem.
Veelgi enam, teadlased on näidanud, et TNA molekul saab hõlpsasti valguga kombineerida ja saada vastavalt ensümaatilisi omadusi. Teadlased viisid läbi rea katseid, mis näitasid, et TNC suudab luua struktuuri, mis seondub spetsiifiliselt valgu trombiiniga: DNA ahelale moodustus TNC ahel, kuid pärast DNA lahkumist ei kaotanud see oma struktuuri tunnuseid ja jätkas. valgu spetsiaalselt hoidmiseks.
TNK fragment oli 70 nukleotiidi pikk, mis on piisav, et luua unikaalsed "istmed" ensüümvalkudele. See tähendab, et midagi ribosüümi sarnast võiks saada ka TNC-dest (tuletan meelde, et see koosneb valguga seotud RNA-st).
Seega on katsed näidanud, et TNK võib olla DNA ja RNA esivanem. Viimane võis tekkida mõnevõrra varem mitmete mutatsioonide tulemusena, mis viisid tetroosi asendamiseni pentoosiga. Ja siis selgus loodusliku valiku abil, et ribonukleiinhape on stabiilsem ja stabiilsem kui tema tetroosi eelkäija (tetroosid on tõepoolest mitmete keemiliste mõjude suhtes väga ebastabiilsed). Ja nii tõrjus järeltulija oma esivanema konkureerivalt molekulaarse infokandja nišist välja.
Tekib küsimus: kas TNC-del võis olla mõni esivanem, mis sisaldas lihtsamat suhkrut kui tetroos? Tõenäoliselt mitte ja siin on põhjus. Ainult nelja süsinikuaatomiga alustades suudavad suhkrud moodustada tsüklilisi struktuure, mis koosnevad kolmest süsinikust koosnevatest süsivesikutest. Noh, ilma selleta ei moodustu nukleiinhapet - ainult tsüklilised suhkrumolekulid suudavad hoida kõiki teisi selle aine komponente. Seega tundub, et TNK oli tõepoolest esimene.
Tuleb märkida, et töö autorid ei väida sugugi, et "see juhtus täpselt nii". Rangelt võttes tõestasid nad ainult ribonukleiinhapete esivanemate vormide, näiteks TNA (mis muide on kaasaegne maailm ei esine looduskeskkonnas). Avastuse väärtus seisneb selles, et näidati üht tõenäolist päriliku teabe molekulaarsete kandjate evolutsiooni teed. Noh, ja lõpuks, vana vaidlus selle üle, mis oli enne - nukleiinhape või valk, on lahendatud...
Praegune lehekülg: 2 (raamatul on kokku 16 lehekülge) [saadaval lugemislõik: 11 lehekülge]
Bioloogia– bioteadus on üks vanimaid teadusi. Inimene on elusorganismide kohta teadmisi kogunud tuhandete aastate jooksul. Teadmiste kogunedes diferentseeruti bioloogiaks iseseisvad teadused(botaanika, zooloogia, mikrobioloogia, geneetika jne). Üha enam suureneb bioloogiat teiste teadustega siduvate piiridistsipliinide – füüsika, keemia, matemaatika jne – tähtsus Integratsiooni tulemusena tekkisid biofüüsika, biokeemia, kosmosebioloogia jne.
Praegu on bioloogia keerukas teadus, mis on kujunenud erinevate teadusharude diferentseerumise ja lõimumise tulemusena.
Bioloogias kasutatakse erinevaid uurimismeetodeid: vaatlus, katse, võrdlus jne.
Bioloogia uurib elusorganisme. Need on avatud bioloogilised süsteemid, mis saavad energiat ja toitaineid keskkond. Elusorganismid reageerivad välismõjudele, sisaldavad kogu arenguks ja paljunemiseks vajalikku informatsiooni ning on kohanenud konkreetse elupaigaga.
Kõik elussüsteemid, olenemata organisatsiooni tasemest, on olemas ühiseid jooni ja süsteemid ise on pidevas koostoimes. Teadlased eristavad järgmisi eluslooduse organiseerituse tasemeid: molekulaarne, rakuline, organismiline, populatsiooniliik, ökosüsteem ja biosfäär.
Peatükk 1. Molekulaarne tase
Molekulaarset tasandit võib nimetada elusolendite algseks, sügavaimaks organiseerituse tasemeks. Iga elusorganism koosneb molekulidest orgaaniline aine– valgud, nukleiinhapped, süsivesikud, rasvad (lipiidid), mida nimetatakse bioloogilisteks molekulideks. Bioloogid uurivad nende oluliste bioloogiliste ühendite rolli organismide kasvus ja arengus, päriliku teabe talletamises ja edastamises, ainevahetuses ja energia muundamises elusrakkudes ning muudes protsessides.
Selles peatükis saate teada
Mis on biopolümeerid;
Mis struktuur on biomolekulidel?
Milliseid funktsioone täidavad biomolekulid?
Mis on viirused ja millised on nende omadused?
§ 4. Molekulaarne tase: üldised omadused
1. Mis on keemiline element?
2. Mida nimetatakse aatomiks ja molekuliks?
3. Milliseid orgaanilisi aineid sa tead?
Iga elav süsteem, ükskõik kui keeruliselt organiseeritud see ka poleks, avaldub bioloogiliste makromolekulide funktsioneerimise tasandil.
Elusorganisme uurides saite teada, et need koosnevad samast keemilised elemendid, kui elutu. Praegu on teada üle 100 elemendi, enamik neist leidub elusorganismides. Eluslooduses levinumad elemendid on süsinik, hapnik, vesinik ja lämmastik. Just need elemendid moodustavad molekule (ühendeid) nn orgaaniline aine.
Kõige alus orgaanilised ühendid süsinik teenib. See võib kokku puutuda paljude aatomite ja nende rühmadega, moodustades ahelaid, mis erinevad üksteisest keemiline koostis, struktuur, pikkus ja kuju. Molekulid moodustuvad aatomirühmadest ja viimastest - keerukamad molekulid, mis erinevad struktuuri ja funktsioonide poolest. Neid orgaanilisi ühendeid, mis moodustavad elusorganismide rakud, nimetatakse bioloogilised polümeerid või biopolümeerid.
Polümeer(kreeka keelest poliitikat- arvukad) - paljudest lülidest koosnev kett - monomeerid, millest igaüks on suhteliselt lihtne. Polümeeri molekul võib koosneda paljudest tuhandetest omavahel seotud monomeeridest, mis võivad olla samad või erinevad (joonis 4).
Riis. 4. Monomeeride ja polümeeride struktuuri skeem
Biopolümeeride omadused sõltuvad nende molekulide struktuurist: polümeeri moodustavate monomeerühikute arvust ja mitmekesisusest. Kõik need on universaalsed, kuna need on ehitatud sama plaani järgi kõigile elusorganismidele, olenemata liigist.
Igat tüüpi biopolümeeri iseloomustab spetsiifiline struktuur ja funktsioon. Jah, molekulid valgud Need on rakkude peamised struktuurielemendid ja reguleerivad neis toimuvaid protsesse. Nukleiinhapped osaleda geneetilise (päriliku) informatsiooni ülekandes rakust rakku, organismist organismi. Süsivesikud Ja rasvad Need on organismide eluks kõige olulisemad energiaallikad.
Just molekulaarsel tasandil toimub rakus igat tüüpi energia ja ainevahetuse muundumine. Nende protsesside mehhanismid on universaalsed ka kõigi elusorganismide jaoks.
Samal ajal selgus, et kõiki organisme moodustavate biopolümeeride mitmekesised omadused tulenevad vaid mõne tüüpi monomeeride erinevatest kombinatsioonidest, moodustades palju variante pikkadest polümeeriahelatest. See põhimõte on meie planeedi elu mitmekesisuse aluseks.
Biopolümeeride spetsiifilised omadused ilmnevad ainult elusrakus. Pärast rakkudest eraldamist kaotavad biopolümeeri molekulid oma bioloogilise olemuse ja neid iseloomustavad ainult nende ühendite klassi füüsikalis-keemilised omadused, millesse nad kuuluvad.
Vaid molekulaarset taset uurides saab aru, kuidas kulgesid elu tekke- ja arenguprotsessid meie planeedil, mis on elusorganismis pärilikkuse ja ainevahetusprotsesside molekulaarne alus.
Järjepidevuse molekulaarse taseme ja järgmise rakutasandi vahel tagab see, et bioloogilised molekulid on materjal, millest moodustuvad supramolekulaarsed - rakulised - struktuurid.
Orgaanilised ained: valgud, nukleiinhapped, süsivesikud, rasvad (lipiidid). Biopolümeerid. Monomeerid
Küsimused
1. Milliseid protsesse uurivad teadlased molekulaarsel tasandil?
2. Millised elemendid on elusorganismide koostises ülekaalus?
3. Miks peetakse valkude, nukleiinhapete, süsivesikute ja lipiidide molekule biopolümeerideks ainult rakus?
4. Mida mõeldakse biopolümeeride molekulide universaalsuse all?
5. Kuidas saavutatakse elusorganisme moodustavate biopolümeeride omaduste mitmekesisus?
Ülesanded
Milliseid bioloogilisi mustreid saab sõnastada lõigu teksti analüüsi põhjal? Arutage neid klassiliikmetega.
§ 5. Süsivesikud
1. Milliseid süsivesikutega seotud aineid teate?
2. Millist rolli mängivad elusorganismis süsivesikud?
3. Millise protsessi tulemusena tekivad roheliste taimede rakkudes süsivesikud?
Süsivesikud, või sahhariidid, on üks peamisi orgaaniliste ühendite rühmi. Nad on osa kõigi elusorganismide rakkudest.
Süsivesikud koosnevad süsinikust, vesinikust ja hapnikust. Nad said nime "süsivesikud", kuna enamikul neist on molekulis sama vesiniku ja hapniku suhe kui veemolekulis. Süsivesikute üldvalem on C n (H 2 0) m.
Kõik süsivesikud jagunevad liht-, või monosahhariidid, ja kompleksne või polüsahhariidid(joonis 5). Monosahhariididest kõrgeim väärtus elusorganismide jaoks on riboos, desoksüriboos, glükoos, fruktoos, galaktoos.
Riis. 5. Liht- ja liitsüsivesikute molekulide struktuur
Di- Ja polüsahhariidid moodustuvad kahe või enama monosahhariidimolekuli kombineerimisel. Niisiis, sahharoos(roosuhkur), maltoos(linnasesuhkur), laktoos(piimasuhkur) - disahhariidid, mis on tekkinud kahe monosahhariidi molekuli liitmise tulemusena. Disahhariidid on omadustelt sarnased monosahhariididega. Näiteks mõlemad horony on vees lahustuvad ja neil on magus maitse.
Polüsahhariidid koosnevad suurest hulgast monosahhariididest. Nende hulka kuuluvad tärklis, glükogeen, tselluloos, kitiin jne (joonis 6). Monomeeride arvu suurenemisega polüsahhariidide lahustuvus väheneb ja magus maitse kaob.
Süsivesikute põhiülesanne on energiat. Süsivesikute molekulide lagunemisel ja oksüdeerumisel vabaneb energia (1 g süsivesikute lagunemisel - 17,6 kJ), mis tagab organismi elutähtsad funktsioonid. Kui süsivesikuid on üle, kogunevad need rakku varuainetena (tärklis, glükogeen) ja vajadusel kasutatakse neid energiaallikana. Süsivesikute suurenenud lagunemist rakkudes võib täheldada näiteks seemnete idanemise, intensiivse lihastöö ja pikaajalise paastu ajal.
Süsivesikuid kasutatakse ka kui ehitusmaterjal . Seega on tselluloos paljude ainuraksete organismide, seente ja taimede rakuseinte oluline struktuurne komponent. Tänu oma erilisele struktuurile on tselluloos vees lahustumatu ja kõrge tugevusega. Taimeraku seintes on keskmiselt 20-40% materjalist tselluloos ja puuvillakiud on peaaegu puhas tselluloos, mistõttu neid kasutatakse tekstiili valmistamiseks.
Riis. 6. Polüsahhariidide ehituse skeem
Kitiin on osa mõnede algloomade ja seente rakuseinast, seda leidub ka teatud loomarühmades, näiteks lülijalgsetes nende välisskeleti olulise komponendina.
Tuntud on ka komplekssed polüsahhariidid, mis koosnevad kahte tüüpi lihtsuhkrutest, mis vahelduvad regulaarselt pikkade ahelatena. Sellised polüsahhariidid täidavad struktuurseid funktsioone loomade tugikudedes. Need on osa naha, kõõluste ja kõhrede rakkudevahelisest ainest, andes neile tugevust ja elastsust.
Mõned polüsahhariidid on osa rakumembraanidest ja toimivad retseptoritena, võimaldades rakkudel üksteist ära tunda ja suhelda.
Süsivesikud ehk sahhariidid. Monosahhariidid. Disahhariidid. Polüsahhariidid. Riboos. Deoksüriboos. Glükoos. Fruktoos. galaktoos. sahharoos. Maltoos. Laktoos. Tärklis. Glükogeen. Kitiin
Küsimused
1. Millise koostise ja struktuuriga on süsivesikute molekulid?
2. Milliseid süsivesikuid nimetatakse mono-, di- ja polüsahhariidideks?
3. Milliseid funktsioone täidavad elusorganismides süsivesikud?
Ülesanded
Analüüsige joonist 6 "Polüsahhariidide struktuuriskeem" ja lõigu teksti. Milliseid oletusi saab teha, kui võrrelda molekulide struktuurseid iseärasusi ning tärklise, glükogeeni ja tselluloosi funktsioone elusorganismis? Arutage seda probleemi oma klassikaaslastega.
§ 6. Lipiidid
1. Milliseid rasvataolisi aineid sa tead?
2. Millised toidud on rasvarikkad?
3. Milline on rasvade roll organismis?
Lipiidid(kreeka keelest liposid- rasv) on suur rühm rasvataolisi aineid, mis ei lahustu vees. Enamik lipiide koosneb suure molekulmassiga rasvhapped ja kolmehüdroksüülne alkoholglütserool (joonis 7).
Lipiidid esinevad eranditult kõigis rakkudes, täites spetsiifilisi bioloogilisi funktsioone.
Rasvad- kõige lihtsamad ja levinumad lipiidid - mängivad olulist rolli energiaallikas. Oksüdeerituna annavad nad rohkem kui kaks korda rohkem energiat kui süsivesikud (38,9 kJ 1 g rasva lagundamisel).
Riis. 7. Triglütseriidi molekuli struktuur
Rasvad on peamine vorm lipiidide säilitamine puuris. Selgroogsetel pärineb umbes pool puhkeolekus rakkude poolt tarbitavast energiast rasvade oksüdatsioonist. Rasvu saab kasutada ka veeallikana (1 g rasva oksüdeerumisel tekib rohkem kui 1 g vett). See on eriti väärtuslik arktiliste ja kõrbeloomade jaoks, kes elavad vaba veepuuduse tingimustes.
Madala soojusjuhtivuse tõttu toimivad lipiidid kaitsefunktsioonid st need on mõeldud organismide soojusisolatsiooniks. Näiteks paljudel selgroogsetel on täpselt piiritletud nahaalune rasvakiht, mis võimaldab neil elada külmas kliimas ning vaalaliste puhul täidab see ka teist rolli – soodustab ujuvust.
Lipiidid täidavad ja ehitusfunktsioon, kuna nende vees lahustumatus muudab need rakumembraanide olulisteks komponentideks.
Paljud hormoonid(nt neerupealiste koor, sugunäärmed) on lipiidide derivaadid. Seetõttu iseloomustatakse lipiide reguleeriv funktsioon.
Lipiidid. Rasvad. Hormoonid. Lipiidide funktsioonid: energia, säilitamine, kaitse, ehitus, reguleerimine
Küsimused
1. Mis ained on lipiidid?
2. Millise struktuuriga on enamik lipiide?
3. Milliseid funktsioone täidavad lipiidid?
4. Millised rakud ja koed on lipiidide poolest kõige rikkamad?
Ülesanded
Pärast lõigu teksti analüüsimist selgitage, miks kipuvad paljud loomad enne talve ja siirdekalad enne kudemist rohkem rasva koguma. Tooge näiteid loomadest ja taimedest, kus see nähtus on kõige enam väljendunud. Kas liigne rasv on alati kehale kasulik? Arutage seda probleemi klassis.
§ 7. Valkude koostis ja struktuur
1. Milline on valkude roll organismis?
2. Millised toidud on valgurikkad?
Orgaaniliste ainete hulgas oravad, või valgud, on kõige arvukamad, mitmekesisemad ja ülima tähtsusega biopolümeerid. Need moodustavad 50–80% raku kuivmassist.
Valgu molekulid on suured, mistõttu neid nimetatakse makromolekulid. Lisaks süsinikule, hapnikule, vesinikule ja lämmastikule võivad valgud sisaldada väävlit, fosforit ja rauda. Valgud erinevad üksteisest monomeeride arvu (sajast kuni mitme tuhandeni), koostise ja järjestuse poolest. Valgu monomeerid on aminohapped (joonis 8).
Vaid 20 aminohappest koosnevate erinevate kombinatsioonidega luuakse lõpmatu hulk valke. Igal aminohappel on oma nimi, eriline struktuur ja omadused. Nende üldvalemi saab esitada järgmiselt:
Aminohappemolekul koosneb kahest kõigi aminohapetega identsest osast, millest üks on aluseliste omadustega aminorühm (-NH 2), teine on happeliste omadustega karboksüülrühm (-COOH). Molekuli osal, mida nimetatakse radikaaliks (R), on erinevate aminohapete jaoks erinev struktuur. Aluseliste ja happeliste rühmade olemasolu ühes aminohappe molekulis määrab nende kõrge reaktsioonivõime. Nende rühmade kaudu ühendatakse aminohapped valkude moodustamiseks. Sel juhul ilmub veemolekul ja moodustuvad vabanenud elektronid peptiidside . Sellepärast nimetatakse valke polüpeptiidid.
Riis. 8. Näited aminohapete ehitusest - valgumolekulide monomeerid
Valgu molekulidel võib olla erinev ruumiline konfiguratsioon - valgu struktuur ja nende struktuuris on neli taset struktuurne korraldus(joonis 9).
Aminohapete järjestus polüpeptiidahelas on esmane struktuur orav. See on iga valgu jaoks ainulaadne ja määrab selle kuju, omadused ja funktsioonid.
Enamik valke on spiraalse kujuga polüpeptiidahela erinevate aminohappejääkide CO ja NH rühmade vahel vesiniksidemete moodustumise tulemusena. Vesiniksidemed on nõrgad, kuid koos annavad nad üsna tugeva struktuuri. See spiraal on sekundaarne struktuur orav.
Tertsiaarne struktuur– polüpeptiidahela kolmemõõtmeline ruumiline “pakendamine”. Tulemuseks on kummaline, kuid iga valgu spetsiifiline konfiguratsioon - kerake. Tertsiaarse struktuuri tugevuse tagavad erinevad sidemed, mis tekivad aminohappe radikaalide vahel.
Riis. 9. Valgu molekuli ehituse skeem: I, II, III, IV – esmased, sekundaarsed, tertsiaarsed, kvaternaarsed struktuurid
Kvaternaarne struktuur ei ole tüüpiline kõigile valkudele. See tekib mitme tertsiaarse struktuuriga makromolekuli kombineerimisel keerukaks kompleksiks. Näiteks inimese vere hemoglobiin on neljast valgu makromolekulist koosnev kompleks (joonis 10).
Valgumolekulide struktuuri keerukus on seotud nendele biopolümeeridele omaste funktsioonide mitmekesisusega.
Valgu loomuliku struktuuri rikkumist nimetatakse denatureerimine(joonis 11). See võib tekkida temperatuuri, kemikaalide, kiirgusenergia ja muude tegurite mõjul. Nõrga mõju korral laguneb ainult kvaternaarne struktuur, tugevama mõju korral tertsiaarne ja seejärel sekundaarne ning valk jääb polüpeptiidahela kujule.
Riis. 10. Hemoglobiini molekuli ehituse skeem
See protsess on osaliselt pöörduv: kui primaarstruktuur ei hävi, suudab denatureeritud valk oma struktuuri taastada. Sellest järeldub, et valgu makromolekuli kõik struktuuriomadused on määratud selle primaarstruktuuriga.
Välja arvatud lihtsad valgud, mis koosneb ainult aminohapetest, on ka komplekssed valgud, mis võivad sisaldada süsivesikuid ( glükoproteiinid), rasvad ( lipoproteiinid), nukleiinhapped ( nukleoproteiinid) jne.
Valkude roll raku elus on tohutu. Kaasaegne bioloogia näitas, et organismide sarnasused ja erinevused on lõpuks määratud valkude komplektiga. Kuidas lähedasemad organismidüksteisega süstemaatilises asendis, seda sarnasemad on nende valgud.
Riis. 11. Valkude denatureerimine
Valgud ehk valgud. Lihtsad ja keerulised valgud. Aminohapped. Polüpeptiid. Valkude esmased, sekundaarsed, tertsiaarsed ja kvaternaarsed struktuurid
Küsimused
1. Milliseid aineid nimetatakse valkudeks või valkudeks?
2. Mis on valgu põhistruktuur?
3. Kuidas moodustuvad sekundaarsed, tertsiaarsed ja kvaternaarsed valgustruktuurid?
4. Mis on valgu denatureerimine?
5. Mille alusel jaotatakse valgud lihtsateks ja kompleksseteks?
Ülesanded
Teate, et kanamuna valge koosneb peamiselt valkudest. Mõelge, mis seletab keedetud muna valgu struktuuri muutust. Tooge teisi näiteid selle kohta, kus valgu struktuur võib muutuda.
§ 8. Valkude funktsioonid
1. Mis on süsivesikute funktsioon?
2. Milliseid valkude funktsioone sa tead?
Valgud täidavad äärmiselt olulisi ja mitmekesiseid funktsioone. See on võimalik suuresti tänu valkude endi vormide ja koostise mitmekesisusele.
Valgumolekulide üks olulisemaid funktsioone on ehitus (plastist). Valgud on osa kõigist rakumembraanidest ja rakuorganellidest. Veresoonte, kõhre, kõõluste, juuste ja küünte seinad koosnevad valdavalt valkudest.
Suure tähtsusega katalüütiline, või ensümaatiline, valgu funktsioon. Spetsiaalsed valgud – ensüümid on võimelised kiirendama biokeemilisi reaktsioone rakkudes kümneid ja sadu miljoneid kordi. Tuntakse umbes tuhat ensüümi. Iga reaktsiooni katalüüsib konkreetne ensüüm. Lisateavet selle kohta leiate allpool.
Mootori funktsioon teostada spetsiaalseid kontraktiilseid valke. Tänu neile liiguvad algloomades ripsmed ja lipukesed, rakkude jagunemisel liiguvad kromosoomid, paljurakulistes organismides tõmbuvad lihased kokku ja paranevad muud liigid elusorganismides.
See on oluline transpordifunktsioon valgud. Seega kannab hemoglobiin hapnikku kopsudest teiste kudede ja elundite rakkudesse. Lihastes on lisaks hemoglobiinile veel üks gaasi transportvalk - müoglobiin. Seerumivalgud soodustavad lipiidide ja rasvhapete ning erinevate bioloogiliselt aktiivsete ainete ülekannet. Rakkude välismembraanis olevad transpordivalgud kannavad erinevaid aineid keskkonnast tsütoplasmasse.
Spetsiifilised valgud täidavad kaitsefunktsioon. Nad kaitsevad keha võõrvalkude ja mikroorganismide sissetungi ning kahjustuste eest. Seega blokeerivad lümfotsüütide toodetud antikehad võõrvalke; fibriin ja trombiin kaitsevad keha verekaotuse eest.
Reguleeriv funktsioon omane valkudele - hormoonid. Nad hoiavad veres ja rakkudes püsivat ainete kontsentratsiooni, osalevad kasvus, paljunemises ja muudes elutähtsates protsessides. Näiteks insuliin reguleerib veresuhkrut.
Valkudel on ka signaalimisfunktsioon. Rakumembraan sisaldab valke, mis võivad keskkonnategurite mõjul muuta oma tertsiaarset struktuuri. Nii võetakse vastu signaale väliskeskkonnast ja edastatakse informatsioon rakku.
Valgud võivad toimida energiafunktsioon, olles üks raku energiaallikatest. Kui 1 g valku laguneb täielikult lõpptoodeteks, vabaneb 17,6 kJ energiat. Valke kasutatakse energiaallikana aga üliharva. Valgumolekulide lagunemisel vabanevaid aminohappeid kasutatakse uute valkude ehitamiseks.
Valkude funktsioonid: ehitus-, mootor-, transport-, kaitse-, reguleerimis-, signaali-, energia-, katalüütiline. Hormoon. Ensüüm
Küsimused
1. Mis seletab valgu funktsioonide mitmekesisust?
2. Milliseid valkude funktsioone sa tead?
3. Millist rolli mängivad hormoonvalgud?
4. Millist funktsiooni täidavad ensüümvalgud?
5. Miks kasutatakse valke harva energiaallikana?
§ 9. Nukleiinhapped
1. Milline on tuuma roll rakus?
2. Milliste rakuorganellidega on seotud pärilike tunnuste edasikandumine?
3. Milliseid aineid nimetatakse hapeteks?
Nukleiinhapped(alates lat. tuum– tuum) avastati esmakordselt leukotsüütide tuumades. Seejärel leiti, et nukleiinhapped sisalduvad kõigis rakkudes, mitte ainult tuumas, vaid ka tsütoplasmas ja erinevates organellides.
Nukleiinhappeid on kahte tüüpi - desoksüribonukleiinsed(lühendatult DNA) Ja ribonukleiinne(lühendatult RNA). Nimede erinevus on seletatav sellega, et DNA molekul sisaldab süsivesikuid desoksüriboos, ja RNA molekul on riboos.
Nukleiinhapped on biopolümeerid, mis koosnevad monomeeridest - nukleotiidid. DNA ja RNA nukleotiidmonomeeridel on sarnane struktuur.
Iga nukleotiid koosneb kolmest komponendist, mis on omavahel ühendatud tugevate keemiliste sidemetega. See lämmastikalus, süsivesikud(riboos või desoksüriboos) ja fosforhappe jääk(joonis 12).
Kaasas DNA molekulid Lämmastikaluseid on nelja tüüpi: adeniin, guaniin, tsütosiin või tümiin. Need määravad ära vastavate nukleotiidide nimetused: adenüül (A), guanüül (G), tsütidüül (C) ja tümidüül (T) (joonis 13).
Riis. 12. Nukleotiidide - DNA (A) ja RNA (B) monomeeride struktuuri skeem
Iga DNA ahel on polünukleotiid, mis koosneb mitmekümnest tuhandest nukleotiidist.
DNA molekulil on keeruline struktuur. See koosneb kahest spiraalselt keerdunud ahelast, mis on kogu pikkuses üksteisega ühendatud vesiniksidemetega. Seda ainult DNA molekulidele iseloomulikku struktuuri nimetatakse topeltheeliks.
Riis. 13. DNA nukleotiidid
Riis. 14. Nukleotiidide komplementaarne ühendus
Kui moodustub DNA kaksikheeliks, on ühe ahela lämmastikualused paigutatud rangelt määratletud järjekorras teise lämmastikualuste vastas. Sel juhul ilmneb oluline muster: teise ahela tümiin asub alati ühe ahela adeniini vastas, tsütosiin asub alati guaniini vastas ja vastupidi. See on seletatav asjaoluga, et nukleotiidide paarid adeniin ja tümiin, samuti guaniin ja tsütosiin vastavad üksteisele rangelt ja on üksteist täiendavad või täiendavad(alates lat. komplementum- lisamine), üksteist. Ja mustrit ise nimetatakse täiendavuse põhimõte. Sel juhul tekib adeniini ja tümiini vahel alati kaks vesiniksidet ning guaniini ja tsütosiini vahel kolm (joonis 14).
Järelikult on igas organismis adenüülnukleotiidide arv võrdne tümidüülnukleotiidide arvuga ja guanüülnukleotiidide arv tsütidüülnukleotiidide arvuga. Teades nukleotiidide järjestust ühes DNA ahelas, saab komplementaarsuse printsiipi järgi määrata nukleotiidide järjekorra teises ahelas.
Nelja tüüpi nukleotiidide abil salvestab DNA kogu keha puudutava teabe, mis antakse edasi järgmistele põlvkondadele. Teisisõnu, DNA on päriliku teabe kandja.
DNA molekule leidub peamiselt rakkude tuumades, kuid vähesel määral leidub neid mitokondrites ja plastiidides.
RNA molekul, erinevalt DNA molekulist, on polümeer, mis koosneb ühest palju väiksemate mõõtmetega ahelast.
RNA monomeerid on nukleotiidid, mis koosnevad riboosist, fosforhappe jäägist ja ühest neljast lämmastiku alusest. Kolm lämmastikualust - adeniin, guaniin ja tsütosiin - on samad, mis DNA-s ja neljas - uratsiil.
RNA polümeeri moodustumine toimub läbi kovalentsed sidemed riboosi ja naabernukleotiidide fosforhappejäägi vahel.
RNA-d on kolme tüüpi, mis erinevad struktuuri, molekuli suuruse, asukoha rakus ja teostatavate funktsioonide poolest.
Ribosomaalne RNA (rRNA) on osa ribosoomidest ja osalevad nende aktiivsete keskuste moodustamises, kus toimub valkude biosünteesi protsess.
RNA-de ülekandmine (tRNA) - suuruselt väikseim - transpordib aminohappeid valgusünteesi kohta.
Teave, või mall, RNA (mRNA) sünteesitakse DNA molekuli ühe ahela lõigul ja edastavad teavet valgu struktuuri kohta raku tuumast ribosoomidesse, kus seda teavet rakendatakse.
Seega erinevat tüüpi RNA-d on üksikud funktsionaalne süsteem, mille eesmärk on rakendada pärilikku teavet valgusünteesi kaudu.
RNA molekule leidub raku tuumas, tsütoplasmas, ribosoomides, mitokondrites ja plastiidides.
Nukleiinhape. Desoksüribonukleiinhape ehk DNA. Ribonukleiinhape ehk RNA. Lämmastiku alused: adeniin, guaniin, tsütosiin, tümiin, uratsiil, nukleotiid. Topeltspiraal. Vastastikune täiendavus. Transfer RNA (tRNA). Ribosomaalne RNA (rRNA). Messenger RNA (mRNA)
Küsimused
1. Milline on nukleotiidi ehitus?
2. Milline on DNA molekuli ehitus?
3. Mis on komplementaarsuse põhimõte?
4. Millised on DNA ja RNA molekulide struktuuri sarnasused ja erinevused?
5. Mis tüüpi RNA molekule teate? Millised on nende funktsioonid?
Ülesanded
1. Kirjeldage oma lõiku.
2. Teadlased on leidnud, et DNA ahela fragmendil on järgmine koostis: C-G G A A A A T T C C. Kasutades komplementaarsuse põhimõtet, lõpeta teine ahel.
3. Uuringu käigus selgus, et uuritavas DNA molekulis moodustavad adeniinid 26% lämmastikaluste koguarvust. Loendage selles molekulis teiste lämmastikualuste arv.
Küsimus 1. Milliseid protsesse uurivad teadlased molekulaarsel tasandil?
Molekulaarsel tasandil uuritakse organismi tähtsamaid eluprotsesse: selle kasvu ja arengut, ainevahetust ja energia muundumist, päriliku informatsiooni talletamist ja edasiandmist, muutlikkust.
Küsimus 2. Millised elemendid on elusorganismide koostises ülekaalus?
Elusorganism sisaldab üle 70-80 keemilise elemendi, kuid ülekaalus on süsinik, hapnik, vesinik ja lämmastik.
Küsimus 3. Miks peetakse valkude, nukleiinhapete, süsivesikute ja lipiidide molekule biopolümeerideks ainult rakus?
Valkude, nukleiinhapete, süsivesikute ja lipiidide molekulid on polümeerid, kuna koosnevad korduvatest monomeeridest. Kuid ainult elussüsteemis (rakus, organismis) avaldavad need ained oma bioloogilist olemust, omades mitmeid spetsiifilisi omadusi ja täites paljusid olulisi funktsioone. Seetõttu nimetatakse selliseid aineid elussüsteemides biopolümeerideks. Väljaspool elussüsteemi kaotavad need ained oma bioloogilised omadused ega ole biopolümeerid.
Küsimus 4. Mida mõeldakse biopolümeeride molekulide universaalsuse all?
Biopolümeeride omadused sõltuvad nende koostises olevate monomeeride arvust, koostisest ja paigutuse järjekorrast. Võimalus muuta polümeeri struktuuris olevate monomeeride koostist ja järjestust võimaldab eksisteerida tohutul hulgal biopolümeeri võimalusi, olenemata organismi liigist. Kõigis elusorganismides on biopolümeerid ehitatud ühe plaani järgi.
1.1. Molekulaarne tase: üldised omadused
4,4 (87,5%) 8 häältSellelt lehelt otsiti:
- milliseid protsesse teadlased molekulaarsel tasandil uurivad?
- mida mõeldakse biopolümeeri molekulide universaalsuse all
- millised elemendid on elusorganismides ülekaalus
- miks valkude, nukleiinhapete, süsivesikute ja lipiidide molekule peetakse biopolümeerideks ainult rakus
- miks molekulid valgud nukleiinhapped süsivesikud ja lipiidid
Küsimus 1. Milliseid protsesse uurivad teadlased molekulaarsel tasandil?
Molekulaarsel tasandil uuritakse organismi tähtsamaid eluprotsesse: selle kasvu ja arengut, ainevahetust ja energia muundumist, päriliku informatsiooni talletamist ja edasiandmist, muutlikkust. Molekulaarsel tasemel elementaarüksus on geen - nukleiinhappemolekuli fragment, milles on kvalitatiivses ja kvantitatiivses mõttes registreeritud teatud hulk bioloogilist teavet.
Küsimus 2. Millised elemendid on elusorganismide koostises ülekaalus?
Elusorganism sisaldab üle 70-80 keemilise elemendi, kuid ülekaalus on süsinik, hapnik, vesinik, lämmastik ja fosfor.
Küsimus 3. Miks loetakse valkude, nukleiinhapete, süsivesikute ja lipiidide molekule biopolümeerideks ainult rakus?
Valkude, nukleiinhapete, süsivesikute ja lipiidide molekulid on polümeerid, kuna koosnevad korduvatest monomeeridest. Kuid ainult elussüsteemis (rakus, organismis) avaldavad need ained oma bioloogilist olemust, omades mitmeid spetsiifilisi omadusi ja täites paljusid olulisi funktsioone. Seetõttu nimetatakse selliseid aineid elussüsteemides biopolümeerideks. Väljaspool elussüsteemi kaotavad need ained oma bioloogilised omadused ega ole biopolümeerid.
Küsimus 4. Mida mõeldakse biopolümeeride molekulide universaalsuse all?
Olenemata keerukusastmest ja rakus täidetavatest funktsioonidest on kõigil biopolümeeridel järgmised omadused:
nende molekulidel on vähe pikki oksi, kuid palju lühikesi;
polümeeri ahelad on tugevad ja ei purune spontaanselt;
võimeline kandma mitmesuguseid funktsionaalsed rühmad ja molekulaarsed fragmendid, mis tagavad biokeemilise funktsionaalse aktiivsuse, st võime teostada puuri jaoks vajalik biokeemilised reaktsioonid ja transformatsioonid rakusisese lahuse keskkonnas;
neil on piisav paindlikkus väga keerukate ruumiliste struktuuride moodustamiseks, mis on vajalikud biokeemiliste funktsioonide täitmiseks, st valkude kui molekulaarmasinate, nukleiinhapete kui programmeerimismolekulide jne toimimiseks;
S-N ühendused ja C-C biopolümeerid on vaatamata oma tugevusele ka elektroonilise energia akud.
Biopolümeeride peamine omadus on polümeeriahelate lineaarsus, kuna ainult lineaarseid struktuure on lihtne kodeerida ja monomeeridest "kokku panna". Lisaks, kui polümeerniit on painduv, on sellest üsna lihtne kujundada soovitud ruumiline struktuur ning pärast sellisel viisil ehitatud molekulaarmasina amortiseerumist ja purunemist saab selle hõlpsasti oma komponentideks lahti võtta, et kasuta neid uuesti. Nende omaduste kombinatsiooni leidub ainult süsinikupõhistes polümeerides. Kõik elussüsteemides olevad biopolümeerid on võimelised täitma teatud omadusi ja täitma paljusid olulisi funktsioone. Biopolümeeride omadused sõltuvad nende koostises olevate monomeeride arvust, koostisest ja paigutuse järjekorrast. Võimalus muuta polümeeri struktuuris olevate monomeeride koostist ja järjestust võimaldab eksisteerida tohutul hulgal biopolümeeride valikuid, olenemata organismi liigist. Kõigis elusorganismides on biopolümeerid ehitatud ühe plaani järgi.
Laadimine...